基于网络编码的安全多数据流传输方案研究

摘要

随着因特网视频数据流量的快速增长，如何安全高效的进行数据传输成了迫切需要解决的问题。多播通信技术，作为传统的数据通信手段，在影音视频类文件的传输中扮演着重要的角色。然而，在传统多播路由通信模式下，采用“存储-转发”的方式进行数据传输，使得网络吞吐率达不到数据传输的理论上限，并且不能提供很好的安全性，因此，网络编码被引入到多播通信中。已有研究表明，利用线性网络编码，网络的吞吐率能够达到理论值上界，且由于网络编码的自身特性，能够自然的为网络通信提供数据机密性。
　　本文在满足弱安全的条件下，基于线性网络编码，对单个多播以及多个多播通信模式下多数据流的安全传输问题进行了如下的研究：
　　1、在单个多播通信模式下，首先对问题进行建模，定义弱安全多播线性网络编码。然后，通过构造转换矩阵，对弱安全多播线性网络编码存在的充要条件进行理论证明，并给出有限域大小的要求。其次，将单个多播的安全传输问题转化为线性规划问题。最后基于线性规划，提出最优数据流速率分配及传输拓扑选择算法，能够最大化网络的安全传输吞吐率。
　　2、在多个多播通信模式下，本文将传输拓扑选择、不同多播数据流的速率分配以及安全线性网络编码的设计策略相结合，对多个多播的安全传输问题进行研究。首先，进行问题建模，指出多个多播安全传输问题与单个多播的差异性。然后，根据弱安全的要求，构造弱安全线性多播码。最后，以最大化网络的安全传输吞吐率为目标，基于线性规划，提出面向多个多播的弱安全传输算法。
　　3、在多个多播弱安全传输解决方案的基础上，本文对多播源节点的选择问题进行研究，并将该问题进行数学建模。当网络多播数目少时，通过数学规划约束多播源节点的选择，提出混合整数的线性规划算法。当网络多播数目多、网络节点密集时，通过松弛整数线性约束条件，提出一个启发式的多播源节点选择算法，能够近似最优地为多播选择源节点。
　　仿真实验结果表明，本文提出的算法能够在保证数据机密性的同时，仍然保持较高的网络传输吞吐率。此外，面向多数据流的多播安全传输的研究也为安全线性网络编码的设计提供了理论基础。因此，本课题的研究对多播通信技术的进一步发展具有重要的参考意义。

目录

算法

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究现状

1.3 主要工作

1.4 研究意义

1.5 组织结构

第二章 背景知识

2.1 多播通信技术

2.2 网络编码简介

2.3 仿真工具

2.4 本章小结

第三章 面向多数据流的单个多播安全传输方案

3.1 问题的提出与分析

3.2 SMMS问题建模

3.3 理论分析

3.4 弱安全速率分配与拓扑选择算法

3.5 仿真实验

3.6 本章小结

第四章 多个多播安全传输及多播源节点选择方案

4.1 引言

4.2 WSMM问题建模

4.3 问题分析及算法设计

4.4 仿真实验

4.5 多播源节点选择算法

4.6 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 工作总结

5.2 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和参与的科研项目

致谢